CN104861270A - 一种耐温抽油管材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐温抽油管材及其生产方法，属于超高分子量聚乙烯材料技术领域。管材包括嵌套的內管和外管，其中外管为钢制油管，其特征在于：所述的內管为超高分子量聚乙烯抽油内衬管，超高分子量聚乙烯抽油内衬管的挤出组合物重量份组成为：超高分子量聚乙烯65~85份、抗氧剂1~2份、氟树脂4~9份、相容剂0.5~1份、长碳链聚酰胺3.5~10份、钛酸钾晶须3~8份和抗水解剂0~3份。将上述材料在挤出机挤出成型后与钢制的外管紧衬配合。本发明采用特定含量的无机填料以及有机材料混合作用于超高分子量聚乙烯材料，在超高分子量聚乙烯主要力学性能保持不变的基础上，提高其耐热性能。
Description
技术领域
一种耐温抽油管材及其生产方法，属于超高分子量聚乙烯材料技术领域。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的高分子量特性使它具有耐磨损性能好、冲击强度高以及自润滑和不易粘附等普通聚乙烯和其他工程塑料无可比拟的优良特性。虽然超高分子量聚乙烯具有非常优异的特性，但是其耐热温度偏低。这限制了它在高温环境的应用。如果能够提高超高分子量聚乙烯材料的耐热温度，这种材料就能得到更加广泛的应用。目前，对于超高分子量聚乙烯材料的耐热改性已经进行了大量的研究，但是，还没有一种提高材料耐热性能的有效配方，或者虽然耐热性能提高了，但是力学性能降低太多；或者生产成本过高，难以规模化生产。超高分子量聚乙烯抽油内衬管，由于使用工况的特殊性，既要保证管材的耐温、耐磨、耐腐蚀、自润滑、防结蜡等性能，又要使管材具有良好的加工性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种耐高温的、超高分子量聚乙烯材质的耐温抽油内衬管材及其生产工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该耐温抽油管材，包括嵌套的内管和外管，其中外管为钢制油管，所述的内管为超高分子量聚乙烯抽油内衬管，超高分子量聚乙烯抽油内衬管的挤出组合物重量份组成为：超高分子量聚乙烯65~85份、抗氧剂1~2份、氟树脂4~9份、相容剂0.5~1份、长碳链聚酰胺3.5~10份、钛酸钾晶须3~8份和抗水解剂0~3份。
本发明采用钛酸钾晶须以及氟树脂、长碳链聚酰胺两种特定含量的有机材料混合作用于超高分子量聚乙烯材料，在超高分子量聚乙烯主要力学性能保持不变的基础上，提高其耐热性能。三种填料形成三种互相贯穿的网络，能够有效限制UHMWPE分子链在高温下或应力作用下的运动，从而达到了提高复合材料耐热性的目的，解决超高分子量聚乙烯随温度微变形的问题，使其与外管（钢制油管）变形更加同步。同时这种网络极大地增加了非晶区内的缠结点密度，增加了材料的断裂伸长率和冲击强度。另外，在晶区方面，钛酸钾晶须无机填料的加入能够起到异相成核的作用，一定程度上增加了结晶度并提高了材料的熔点。三种填料共同添加形成互相贯穿的网络，同时解决了上述三种填料单独添加时出现的团聚显现，在总添加量更高，耐热性提高更大的情况下，没有团聚现象产生，保持更高的断裂伸长率和冲击强度。
所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量为300万~450万。本发明选择更高的超高分子量聚乙烯时，三种填料形成三种互相贯穿的网络的作用更加明显。
钛酸钾晶须、氟树脂和长碳链聚酰胺的总加入量与超高分子量聚乙烯的质量比为（10.5~21.3）：（65~85）。通过控制三种填料的总加入量控制三种互相贯穿的网络在超高分子量聚乙烯材料中的网格大小，从而控制非晶区内的缠结点密度。可以更好地保证材料的断裂伸长率和冲击强度。
所述的氟树脂为聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。所选的三种氟树脂不但能够更好的提高本材料的抗蚀性和抗撕裂能力，同时与三种填料配合最好，在三种互相贯穿的网络中分散更加均匀。
所述的氟树脂与长碳链聚酰胺的质量比为0.9~1.2：1。氟树脂与长碳链聚酰胺是本发明中搭配使用两种有机材料，用来进一步提高材料的耐热性。同时本发明的超高分子量聚乙烯内衬管主要作为与外管配合的内管，在抽油环境中常常存在较大的温度和干湿条件的改变；所以内管与外管在复杂环境下的变形同步至关重要；氟树脂与长碳链聚酰胺的质量比为0.9~1.2:1时能够在该方面达到更好的效果。
所述的相容剂优选马来酸酐接枝相容剂。
所述的长碳链聚酰胺指聚酰胺（R3-(NH-R1-NH-CO-R2-CO)n-R4）中的重复单元结构的数量n为50~70的整数的聚酰胺，这在本发明和本领域中具有相同的意义。
所述的抗水解剂优选碳化二亚胺类抗水解剂。
一种上述的耐温抽油管材的生产方法，制备步骤为：
1）按上述重量份组成称取物料并混匀，利用单螺杆挤出机挤出成型制得内管；单螺杆挤出机的挤出温度为一区60℃~100℃，二区100℃~200℃，三区150℃~260℃，四区100℃~200℃；
2）将内管与钢制的外管紧衬配合。
本发明以超高分子量聚乙烯为基础原料，通过添加钛酸钾晶须等无机材料及氟树脂等有机材料对其进行改性，生产出具有优异的力学性能、耐热性能、防腐蚀、防结蜡和防结垢性能的超高分子量聚乙烯抽油内衬管，使内衬管与钢制油管紧贴在一起，形成“管中管”结构。
所述的单螺杆挤出机的挤出温度为一区80℃~85℃，二区160℃~180℃，三区240℃~260℃，四区140℃~150℃。
与现有技术相比，本发明的一种耐温抽油管材及其生产方法所具有的有益效果是：
1）本耐温抽油管材的抽油内衬管内壁光滑，不结垢，不结蜡，可以解决油管偏磨、腐蚀、结蜡等难题，同时，由于其摩擦系数较低，还可降低油井光杆负荷、减小抽油杆柱底部应力，延长抽油杆柱的寿命，减少能耗。适用于腐蚀、结垢严重的注水井。适用于含H2S和CO2等腐蚀气体的气井；集抗偏磨和防腐蚀性能于一体。
2）本耐温抽油管材的超高分子量聚乙烯抽油内衬管具有记忆和自我恢复功能，可确保内衬管紧密贴合在钢制油管的内表面。随着采油井深度增加和温度与压力的上升，超高分子量聚乙烯抽油内衬管可适应油井温度变化和应力变化导致的油管伸缩变形，保证衬管与钢制油管端部的密封。
3）本耐温抽油管材的超高分子量聚乙烯抽油内衬管是抗磨、抗腐蚀油管的全面升级产品，可长期在地下复杂、恶劣的环境中使用。适用于油管偏磨与腐蚀严重、抽油杆故障率高的油井，不改变现行的作业工艺，不需要特殊的作业工具，是非常有效的一种抗偏磨技术。
4）本耐温抽油管材的内衬管不但具有更高断裂伸长率和冲击强度，而且因为内部三种互相贯穿的网络的作用而具有更好的耐热性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。
实施例
各实施例和对比例的物料配比和性能测试见表1。其中超高分子量聚乙烯的粘均分子量在305万~400万。制备方法为：将上述物料在搅拌仪中混合均匀后，在单螺杆挤出机中挤出成型；将内管与钢制的外管紧衬配合。
挤出温度一区60~100℃，二区100~200℃，三区150~260℃，四区100~200℃。
表1 物料配比和试验结果
其中，实施例中钛酸钾晶须用偶联剂线进行过表面预处理。实施例1中的氟树脂采用聚三氟氯乙烯，实施例2中的氟树脂采用聚偏氟乙烯，实施例3~5中的氟树脂采用乙烯-四氟乙烯共聚物。从实施例与对比例比较可以看出，本发明三种填料配比时比任何一种填料单独使用时，各项性能均提高较大，说明三种互相贯穿的网络下改性效果明显。另外实施例3、4中由于没有达到钛酸钾晶须、氟树脂和长碳链聚酰胺的总加入量与超高分子量聚乙烯的质量比或两种有机填料间的质量比，使得各项性能不能达到本发明的最佳效果，但仍远强于填料单独使用的效果。
超高分子量聚乙烯抽油内衬管要与油田抽油基管紧衬配合，其规格尺寸要求很严格，具体要求如下表2所示：
表2
实施例和对比例相较可以看出，本发明三种填料共同添加，解决了单一填料的团聚现象，提高了超高分子量聚乙烯耐热性的同时，保留了其较高的力学性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种耐温抽油管材，包括嵌套的内管和外管，其中外管为钢制油管，其特征在于：所述的内管为超高分子量聚乙烯抽油内衬管，超高分子量聚乙烯抽油内衬管的挤出组合物重量份组成为：超高分子量聚乙烯65~85份、抗氧剂1~2份、氟树脂4~9份、相容剂0.5~1份、长碳链聚酰胺3.5~10份、钛酸钾晶须3~8份和抗水解剂0~3份。
2.根据权利要求1所述的一种耐温抽油管材，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量为300万~450万。
3.根据权利要求1所述的一种耐温抽油管材，其特征在于：钛酸钾晶须、氟树脂和长碳链聚酰胺的总加入量与超高分子量聚乙烯的质量比为（10.5~21.3）：（65~85）。
4.根据权利要求1所述的一种耐温抽油管材，其特征在于：所述的氟树脂为聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种耐温抽油管材，其特征在于：所述的氟树脂与长碳链聚酰胺的质量比为0.9~1.2:1。
6.一种权利要求1~5任一项所述的耐温抽油管材的生产方法，其特征在于，制备步骤为：
1）按上述重量份组成称取物料并混匀，利用单螺杆挤出机挤出成型制得内管；单螺杆挤出机的挤出温度为一区60℃~100℃，二区100℃~200℃，三区150℃~260℃，四区100℃~200℃；
2）将内管与外管紧衬配合。
7.根据权利要求6所述的一种耐温抽油管材的生产方法，其特征在于：所述的单螺杆挤出机的挤出温度为一区80℃~85℃，二区160℃~180℃，三区240℃~260℃，四区140℃~150℃。
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